CN112392698A - 微型泵 - Google Patents

Abstract

一种微型泵，包含一底座板、一阀片、一上盖板以及一泵核心模块。底座板包含一上盖板容置槽、一阀片容置槽、一凸部、一泵容置槽、一流体通道以及一出流通道。阀片容置于阀片容置槽内，并包含一阀孔。底座板的凸部穿伸过阀孔，借此阀片封闭底座板的流体通道。上盖板容置于上盖板容置槽内，并包含一集流槽。集流槽与底座板的出流通道相连通。泵核心模块容置于泵容置槽内。泵核心模块汲取流体进入泵核心模块后，通过底座板的流体通道后推开阀片，接着通过阀片的阀孔后进入上盖板的集流槽，最后由底座板的出流通道排出以完成流体的传输。

Description

微型泵

【技术领域】

本案关于一种泵，尤指一种微型、静音及快速传输高流量流体的微型泵。

【背景技术】

目前于各领域中无论是医药、电脑科技、打印、能源等工业，产品均朝精致化及微小化方向发展，其中微帮浦、喷雾器、喷墨头、工业打印装置等产品所包含的流体致动器为其关键技术。

随着科技的日新月异，流体输送结构的应用上亦愈来愈多元化，举凡工业应用、生医应用、医疗保健、电子散热等等，甚至近来热门的穿戴式装置皆可见它的踨影，可见传统的流体致动器已渐渐有朝向装置微小化、流量极大化的趋势。

因此，如何借由创新的封装结构，使流体致动器得以增加其应用广泛性，为当前重要的发展课题。

【发明内容】

本案的主要目的是提供一种微型泵，利用一上盖板镶入一底座板，于两者间夹设一阀片，形成一单向输出且具备泄压功能的阀门座半交错结构，借以达到大幅精减阀片的构造、提升整体气密可靠度、整体外壳薄型最佳化以及大幅降低泄压流阻的效果。

本案的一广义实施态样为一种微型泵，包含一底座板、一阀片、一上盖板以及一泵核心模块。底座板具有一底座板第一表面以及一底座板第二表面。底座板第一表面与底座板第二表面为相对设置的二表面。底座板包含：一上盖板容置槽，自底座板第一表面凹陷设置，并具有一上盖板容置槽底面；一阀片容置槽，自上盖板容置槽底面凹陷设置，并具有一阀片容置槽底面；一凸部，设置于阀片容置槽底面；一泵容置槽，自底座板第二表面凹陷设置，并具有一泵容置槽底面；一流体通道，自阀片容置槽底面贯穿至泵容置槽底面；以及一出流通道。阀片容置于底座板的阀片容置槽内，并包含一阀孔。底座板的凸部穿伸过阀孔，借此阀片封闭底座板的流体通道。上盖板容置于底座板的上盖板容置槽内，并包含一泄流孔、一集流槽以及一集流通道。泄流孔被阀片封闭。集流槽通过集流通道与底座板的出流通道相连通。泵核心模块容置于底座板的泵容置槽内。泵核心模块汲取流体进入泵核心模块后，通过底座板的流体通道后推开阀片，接着通过阀片的阀孔后进入上盖板的集流槽，最后由底座板的出流通道排出以完成流体的传输。

【附图说明】

图1A为本案微型泵的立体示意图。

图1B为本案微型泵的自另一视角所得的立体示意图。

图2A为本案微型泵的立体分解示意图。

图2B为本案微型泵自另一视角所得的立体分解示意图。

图3A及图3B分别为本案微型泵的底座板的俯视图及仰视图。

图4A及图4B分别为本案微型泵的阀片的俯视图及仰视图。

图5A及图5B分别为本案微型泵的上盖板的俯视图及仰视图。

图6A为本案微型泵的泵核心模块的立体分解示意图。

图6B为本案微型泵的泵核心模块自另一视角所得的立体分解示意图。

图7A为本案泵核心模块的剖面示意图。

图7B为本案泵核心模块另一实施态样的剖面示意图。

图7C至图7E为本案泵核心模块的作动示意图。

图8A为本案微型泵的俯视图。

图8B为自第8A图中A-A剖面线所得的剖面示意图。

图8C为本案微型泵的出流作动剖面示意图。

图8D为本案微型泵的泄流作动剖面示意图。

图9为本案微型泵自俯视角度所视得的泄流作动示意图。

【具体实施方式】

体现本案特征与优点的实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本案能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本案的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明之用，而非用以限制本案。

请参阅图1至图2B，本案提供一种微型泵10，其包含一底座板1、一阀片2、一上盖板3以及一泵核心模块4。泵核心模块4被容置于底座板1内，并被上盖板3封盖以形成微型泵10。

请参阅图3A至图3B，于本案实施例中，底座板1具有一底座板第一表面1a以及一底座板第二表面1b，而底座板第一表面1a以及底座板第二表面1b为相对设置的二表面。于本案实施例中，底座板1包含一上盖板容置槽11、一阀片容置槽12、一流体通道13、一凸部14、一出流管壁15、一出流通道16、一泵容置槽17以及多个接脚开口18。上盖板容置槽11自底座板第一表面1a凹陷设置，并具有一上盖板容置槽底面11a。阀片容置槽12自上盖板容置槽底面11a凹陷设置，并具有一阀片容置槽底面12a。凸部14凸设于阀片容置槽底面12a，于本案实施例中，凸部14为一圆柱状结构，但不以此为限。出流管壁15自底座板1的一侧边凸伸，并且被出流通道16贯穿。泵容置槽17自底座板第二表面1b凹陷设置，并具有一泵容置槽底面17a。流体通道13自阀片容置槽12贯穿至泵容置槽底面17a。于本案实施例中，流体通道13具有一扇型轮廓，借以增加流体流量，但不以此为限，于其他实施例中，流体通道13的轮廓可依设计需求而变更。接脚开口18与泵容置槽17相连通。

请参阅图2A至图4B，于本案实施例中，阀片2容置于底座板1的阀片容置槽12内，并具有一阀片第一表面2a以及一阀片第二表面2b。阀片2包含一阀孔21以及一阀片外周壁22。阀孔21自阀片第一表面2a贯穿至阀片第二表面2b。底座板1的凸部14穿伸过阀孔21。借此阀片2封闭底座板1的流体通道13。阀片外周壁22设置于阀片第二表面2b，并定义出一阀片空间23。

值得注意的是，于本案实施例中，阀片2具有一圆形型态，但不以此为限，于其他实施例中，阀片2的型态可依设计需求而变更。

值得注意的是，于本案实施例中，阀片2为一硅胶薄片，但不以此为限，于其他实施例中，阀片2的材料可依设计需求而变更。

请参阅图2A至图3B、图5A以及图5B，于本案实施例中，上盖板3容置于底座板1的上盖板容置槽11内，具有一上盖板第一表面3a以及一上盖板第二表面3b。上盖板3包含一泄流孔31、一集流槽32以及一集流通道33。泄流孔31自上盖板第一表面3a贯穿至上盖板第二表面3b，并被阀片2封闭。集流槽32以及集流通道33自上盖板第二表面3b凹设，并且集流槽32通过集流通道33与底座板1的出流通道16相连通。

值得注意的是，于本案实施例中，集流槽32具有一扇型轮廓，借以增加流体流量，但不以此为限，于其他实施例中，集流槽32的轮廓可依设计需求而变更。于本案实施例中，集流槽32与底座板1的流体通道13互相错位设置，但不以此为限，于其他实施例中，集流槽32的设置位置可依设计需求而变更。

值得注意的是，于本案实施例中，泄流孔31具有一孔径介于0.5毫米(mm)至2毫米(mm)，并且与底座板1的凸部14互相错位设置，但不以此为限，于其他实施例中，泄流孔31的孔径大小以及设置位置可依设计需求而变更。

请参阅图1A至图2B、图6A以及图6B，于本案实施例中，泵核心模块4容置于底座板1的泵容置槽17内。泵核心模块4由一进流板41、一共振片42、一压电致动器43、一第一绝缘片45、一导电片46及一第二绝缘片47依序堆叠组成。进流板41具有至少一进流孔41a、至少一汇流排槽41b及一汇流腔室41c。进流孔41a供导入流体，并贯通汇流排槽41b。汇流排槽41b与汇流腔室41c相连通，借此，进流孔41a所导入的流体得以通过汇流排槽41b后汇流至汇流腔室41c中。于本案实施例中，进流孔41a与汇流排槽41b的数量相同，分别为4个，但不以此为限，进流孔41a与汇流排槽41b的数量可依设计需求而变更。如此，四个进流孔41a分别贯通四个汇流排槽41b，且四个汇流排槽41b与汇流腔室41c相连通。

于本案实施例中，共振片42接合于进流板41上，且具有一中空孔42a、一可动部42b及一固定部42c。中空孔42a位于共振片42的中心处，并与进流板41的汇流腔室41c的位置对应。可动部42b设置于中空孔42a的周围，而固定部42c设置于共振片42的外周缘部分并固定接合于进流板41上。

于本案实施例中，压电致动器43接合于共振片42上，并包含一悬浮板43a、一外框43b、至少一支架43c、一压电元件44、至少一间隙43d及一第一导电接脚43e。悬浮板43a为一正方型形态，可弯曲振动。悬浮板43a之所以采用正方形，乃相较于圆形形态的设计，正方形形态悬浮板43a的结构具有明显省电的优势。因在共振频率下操作的电容性负载，其消耗功率会随频率的上升而增加，又因正方形形态悬浮板43a的共振频率明显较圆形形态悬浮板低，故其相对的消耗功率亦明显较低，亦即本案所采用正方形形态设计的悬浮板43a，具有省电优势的效益。外框43b环绕设置于悬浮板43a的外侧。至少一支架43c连接于悬浮板43a与外框43b之间，用以提供悬浮板43a弹性支撑的支撑力。压电元件44的边长小于或等于悬浮板43a的边长，且压电元件44贴附于悬浮板43a的一表面上，用以被施加电压以驱动悬浮板43a弯曲振动。悬浮板43a、外框43b与支架43c之间构成至少一间隙43d，用以供流体通过。第一导电接脚43e从外框43b的外缘凸伸。

于本案实施例中，导电片46从内缘凸伸一电极46a，呈弯曲状，以及从外缘凸伸一第二导电接脚46b。电极46a电性连接压电致动器43的压电元件44。压电致动器43的第一导电接脚43e以及导电片46的第二导电接脚46b向外接通外部电流，借以驱动压电致动器43的压电元件44。第一导电接脚43e以及第二导电接脚46b分别自底座板1的接脚开口18凸伸至底座板1外。此外，第一绝缘片45以及第二绝缘片47的设置，可避免短路的发生。

请回到图1A以及图1B，值得注意的是，于本案实施例中，上盖板3与底座板1之间以胶粘贴合方式接合，以形成本案的微型泵10，于其他实施例中，上盖板3与底座板1的结合方式可依设计需求而变更，不以此为限。于本案实施例中，微型泵10具有一总厚度介于1毫米(mm)至6毫米(mm)之间，但不以此为限。于其他实施例中，总厚度的数值可依设计需求而变更。

请参阅图7A，于本案实施例中，悬浮板43a与共振片42之间形成一共振腔室48。共振腔室48可借由在共振片42及压电致动器43的外框43b之间的间隙填充一材质而形成，例如：导电胶，但不以此为限，以使共振片42与悬浮板43a之间可维持一定深度，进而可导引流体更迅速地流动。并且，因悬浮板43a与共振片42之间保持适当距离使彼此接触干涉减少，促使噪音的产生降低。于其他实施例中，亦可借由加高压电致动器43的外框43b的高度来减少共振片42与压电致动器43的外框43b之间的间隙填充材质的厚度。如此，泵核心模块4于整体组装时，填充材质不会因热压温度及冷却温度产生变化而被间接影响，可避免填充材质因热胀冷缩因素影响到成型后共振腔室48的实际间距，但不以此为限。此外，共振腔室48的大小会影响泵核心模块4的传输效果，故维持一固定大小的共振腔室48对于泵核心模块4提供稳定的传输效率是十分重要的。因此，如图7B所示，于另一实施例中，悬浮板43a可采以冲压成型制程使其向上延伸一距离，其向上延伸距离可由成型于悬浮板43a与外框43b之间的至少一支架43c调整，使悬浮板43a的表面与外框43b的表面形成一非共平面结构。利用在外框43b的组配表面上涂布少量填充材质，例如：导电胶，以热压方式使压电致动器43贴合于共振片42的固定部42c，进而使得压电致动器43得以与共振片42组配接合。如此直接通过将上述压电致动器43的悬浮板43a采以冲压成型制程构成共振腔室48的结构改良，所需的共振腔室48得以通过调整压电致动器43的悬浮板43a冲压成型距离来完成，有效地简化了调整共振腔室48的结构设计，同时也简化了制程、缩短制程时间。此外，第一绝缘片45、导电片46及第二绝缘片47皆为框形的薄形片体，依序堆叠于压电致动器43上以构成泵核心模块4整体结构。

为了了解泵核心模块4的作动方式，请继续参阅图7C至图7E，于本案实施例中，如图7C所示，压电致动器43的压电元件44被施加驱动电压后产生形变，带动悬浮板43a朝远离进流板41的方向位移，此时共振腔室48的容积提升，于共振腔室48内形成了负压，便汲取汇流腔室41c内的流体流经共振片42的中空孔42a进入共振腔室48内，同时共振片42受到共振原理的影响同步向远离进流板41的方向位移，连带增加了汇流腔室41c的容积，且因汇流腔室41c内的流体进入共振腔室48的关系，造成汇流腔室41c内同样为负压状态，进而通过进流孔41a及汇流排槽41b来吸取流体进入汇流腔室41c内。接着如图7D所示，压电元件44带动悬浮板43a向靠近进流板41的方向位移，压缩共振腔室48，同样的，共振片42因共振被悬浮板43a带动而向靠近进流板41的方向位移，推挤共振腔室48内的流体通过间隙43d流出泵核心模块4，以达到流体传输的效果。最后如图7E所示，当悬浮板43a朝远离进流板41的方向位移回到初始位置时，共振片42也同时被带动而朝远离进流板41的方向位移，此时的共振片42压缩共振腔室48，使共振腔室48内的流体向间隙43d移动，并且提升汇流腔室41c内的容积，让流体能够持续地通过进流孔41a、汇流排槽41b来汇聚于汇流腔室41c内。通过不断地重复上述图7C至图7E所示的泵核心模块4的作动步骤，使泵核心模块4能够连续将流体自进流孔41a导引进入进流板41及共振片42所构成流道，产生压力梯度，再由间隙43d排出，使流体高速流动，达到泵核心模块4传输流体的操作。

请参阅图8A至图8D，阀片2的阀片空间23与底座板1的流体通道13共同定义出一汇流腔室C，当微型泵10作动时，泵核心模块4会被致动，汲取微型泵10外的流体进入泵核心模块4，通过泵核心模块4后进入汇流腔室C，接着推开阀片2离开底座板1的凸部14后通过阀孔21进入上盖板3的集流槽32，最后经由上盖板3的集流通道33进入底座板1的出流通道16，由出流通道16排出于微型泵10外，以完成流体的传输。而当微型泵10停止作动时，泵核心模块4不被致动，流体自出流通道16回流至微型泵10内，推开阀片2对应汇流腔室C的部分离开上盖板3，使得流体得以通过阀片2与上盖板3之间的空间进入泄流孔31后被排出微型泵10外，完成泄流的作业。

请参阅图9，值得注意的是，于本案实施例中，微型泵10的泄流路径是由出流通道16流至汇流腔室C，故泄流路径的截面积由窄至宽，并且由于集流槽32以及流体通道13皆具有扇形轮廓，加上泄流孔31的孔径设置介于0.5毫米(mm)至2毫米(mm)，微型泵10进行泄流作业时，可达成大幅降低泄流流阻的效果。

综上所述，本案所提供的微型泵，为一单向输出且具备泄压功能的阀门座半交错结构，借以达到大幅精减阀片的构造、提升整体气密可靠度、整体外壳薄型最佳化以及大幅降低泄压流阻的效果。

本案得由熟知此技术之人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附申请专利范围所欲保护者。

【符号说明】

10：微型泵

1：底座板

1a：底座板第一表面

1b：底座板第二表面

11：上盖板容置槽

11a：上盖板容置槽底面

12：阀片容置槽

12a：阀片容置槽底面

13：流体通道

14：凸部

15：出流管壁

16：出流通道

17：泵容置槽

17a：泵容置槽底面

18：接脚开口

2：阀片

2a：阀片第一表面

2b：阀片第二表面

21：阀孔

22：阀片外周壁

23：阀片空间

3：上盖板

3a：上盖板第一表面

3b：上盖板第二表面

31：泄流孔

32：集流槽

33：集流通道

4：泵核心模块

41：进流板

41a：进流孔

41b：汇流排槽

41c：汇流腔室

42：共振片

42a：中空孔

42b：可动部

42c：固定部

43：压电致动器

43a：悬浮板

43b：外框

43c：支架

43d：间隙

43e：第一导电接脚

44：压电元件

45：第一绝缘片

46：导电片

46a：电极

46b：第二导电接脚

47：第二绝缘片

48：共振腔室

C：汇流腔室

A-A：剖面线

Claims (16)

1.一种微型泵，其特征在于，包含：

一底座板，具有一底座板第一表面以及一底座板第二表面，该底座板第一表面与该底座板第二表面为相对设置的二表面，该底座板包含：

一上盖板容置槽，自该底座板第一表面凹陷设置，并具有一上盖板容置槽底面；

一阀片容置槽，自该上盖板容置槽底面凹陷设置，并具有一阀片容置槽底面；

一凸部，凸设于该阀片容置槽底面；

一泵容置槽，自该底座板第二表面凹陷设置，并具有一泵容置槽底面；

一流体通道，自该阀片容置槽底面贯穿至该泵容置槽底面；以及

一出流通道；

一阀片，容置于该底座板的该阀片容置槽内，并包含一阀孔，该底座板的该凸部穿伸过该阀孔，借此该阀片封闭该底座板的该流体通道；

一上盖板，容置于该底座板的该上盖板容置槽内，并包含一泄流孔、一集流槽以及一集流通道，该泄流孔被该阀片封闭，该集流槽通过该集流通道与该底座板的该出流通道相连通；以及

一泵核心模块，容置于该底座板的该泵容置槽内；

其中，该泵核心模块汲取流体进入该泵核心模块后，通过该底座板的该流体通道后推开该阀片，接着通过该阀片的该阀孔后进入该上盖板的该集流槽，最后由该底座板的该出流通道排出以完成流体的传输。

2.如权利要求1所述的微型泵，其特征在于，该底座板的该流体通道具有一扇形轮廓。

3.如权利要求1所述的微型泵，其特征在于，该阀片为一硅胶薄片。

4.如权利要求1所述的微型泵，其特征在于，该底座板还包含一出流管壁，自该底座板的一侧边凸伸，而该出流通道贯穿该出流管壁。

5.如权利要求1所述的微型泵，其特征在于，该阀片具有一圆形型态。

6.如权利要求1所述的微型泵，其特征在于，该阀片具有一阀片第一表面以及一阀片第二表面，该阀孔自该阀片第一表面贯穿至该阀片第二表面，该阀片还包含一阀片外周壁，设置于该阀片第二表面，并定义出一阀片空间。

7.如权利要求1所述的微型泵，其特征在于，该上盖板的该泄流孔与该底座板的该凸部互相错位设置。

8.如权利要求1所述的微型泵，其特征在于，该上盖板的该集流槽与该底座板的该流体通道互相错位设置。

9.如权利要求1所述的微型泵，其特征在于，该上盖板的该泄流孔具有一孔径介于0.5毫米至2毫米。

10.如权利要求1所述的微型泵，其特征在于，该上盖板的该集流槽具有一扇形轮廓。

11.如权利要求1所述的微型泵，其特征在于，该微型泵具有一总厚度介于1毫米至6毫米。

12.如权利要求1所述的微型泵，其特征在于，该泵核心模块包含：

一进流板，具有至少一进流孔、至少一汇流排槽及一汇流腔室，其中该进流孔供导入流体，并贯通该汇流排槽，该汇流排槽与该汇流腔室相连通，借此，该进流孔所导入的流体得以通过该汇流排槽后汇流至该汇流腔室中；

一共振片，接合于该进流板上，具有一中空孔、一可动部及一固定部，该中空孔位于该共振片中心处，并与该进流板的该汇流腔室的位置相对应，该可动部设置于该中空孔周围，而该固定部设置于该共振片的外周缘部分并固定接合在该进流板上；以及

一压电致动器，接合于该共振片上；

其中，该共振片与该压电致动器之间形成一共振腔室，借此，当该压电致动器受驱动时，该压电致动器与该共振片的该可动部产生共振，流体由该进流板的该进流孔导入，通过该汇流排槽后汇集至该汇流腔室中，接着再流经该共振片的该中空孔，达成流体的传输。

13.如权利要求12所述的微型泵，其特征在于，该压电致动器包含：

一悬浮板，为一正方形形态，可弯曲振动；

一外框，环绕设置于该悬浮板的外侧；

至少一支架，连接于该悬浮板与该外框之间，用以提供该悬浮板弹性支撑的支撑力；以及

一压电元件，具有一边长，该边长小于或等于该悬浮板的一边长，且该压电元件贴附于该悬浮板的一表面上，用以被施加电压以驱动该悬浮板弯曲振动。

14.如权利要求13所述的微型泵，其特征在于，该压电致动器还包含一第一导电接脚，从该外框的外缘凸伸，该导电片具有一第二导电接脚，自该导电片的外缘凸伸，而该底座板还包含多个接脚开口，连通该泵容置槽，并且该第一导电接脚以及该第二导电接脚分别自该多个接脚开口凸伸至该底座板外。

15.如权利要求12所述的微型泵，其特征在于，该泵核心模块还包含一第一绝缘片、一导电片及一第二绝缘片，其中该进流板、该共振片、该压电致动器、该第一绝缘片、该导电片及该第二绝缘片依序堆叠设置。

16.如权利要求12所述的微型泵，其特征在于，该压电致动器包含：

一悬浮板，为一正方形形态，可弯曲振动；

一外框，环绕设置于该悬浮板的外侧；

至少一支架，连接于该悬浮板与该外框之间，用以提供该悬浮板弹性支撑，并使该悬浮板的一表面与该外框的一表面形成一非共平面结构，且使该悬浮板与该共振片之间形成该共振腔室；以及

一压电元件，该压电元件的边长小于或等于该悬浮板的边长，且该压电元件贴附于该悬浮板的该表面上，用以施加电压以驱动该悬浮板弯曲振动。

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